MX2010013163A - Maquina electrica que incorpora diseños de bobina de doble helice para devanados superconductores y resistivos. - Google Patents

Abstract

Se describe una máquina de corriente alterna que genera y campo magnético o induce un voltaje. En una modalidad, una máquina incluye un estator y un rotor colocado alrededor de un eje. El estator incluye tres conjuntos de bobinas, cada conjunto incluye por lo menos un primer par de hileras de bobinas conectadas en serie, con primeros y segundos elementos del primer par configurados para generar campos axiales en direcciones opuestas. Hileras de bobinas en el primer par de cada conjunto de bobinas son dispuestas a una diferente distancia del eje. Un primer elemento del par del segundo conjunto de hileras de bobinas es colocado entre los primeros y segundos elementos del par del primer conjunto de hileras de bobinas. La distancia entre el eje y el primer elemento del segundo par de hileras de bobinas es intermedia entre las distancias entre los elementos del primer par de hileras de bobinas y el eje.

Description

QUINA ELECTRICA QUE INCORPORA DISEÑOS DE BOBINA HELICE PARA DEVANADOS SUPERCONDUCTORES Y RESIST CAMPO DE LA INVENCION La presente invención es concerniente co tromagnéticos, que incluyen sistemas que gener éticos, sistemas que generan energía eléctrica, es en general. Más en particular, la inv erniente con sistemas .de máquinas eléctricas del yen conjuntos de conductor que, cuando conducen ran un campo magnético o que o que, en presen o magnético cambiante, inducen voltaje.

* Una amplia variedad de diseños de imán aplicaciones electromecánicas, en las que se inas rotativas tales como aquellas usadas ración de energía eléctrica. Las aplicaciones pa tricos y generadores se pueden beneficiar media . Por ejemplo, en una máquina eléctrica trifás uno de tres conjuntos de devanado de bobina de e truidos con un número de conjunto de imán de d lo formados en configuraciones de pista, con e para producir un dipolo o una configuración d n superior para cada devanado. Como resultad iguración, el campo de espacio de aire co enido armónico no despreciable que, durante la r campos magnéticos del estator, entre otras consid ribuye al esfuerzo inducido por vibración onentes de la máquina.

Los imanes de dipolo superconductores conv os para estas aplicaciones emplean bobinas en a que son capaces de producir grandes campos mag ntervalo de 3-10 T. Tales bobinas son fabricadas un cable prensado superconductor estilo Rutherfo 1 documento ?42.

El uso de devanados superconductores en trica (tal como el motor de inducción y generado eer un dispositivo de alta salida en un tamaño aración con las máquinas convencionales. Los rconductores pueden generar campos magnéticos corr ces más fuertes que aquellos que pueden ser obt ados resistivos normales. Puesto que la de gía se eleva con el cuadrado del campo magnét ositivos pueden ser considerados ser 4-25 rosos por volumen unitario de campo que los tipo áquinas. La patente estadounidense 5,672,921 describe el uso de bobinas superconductoras i epoxi de una forma de pista en la armadura gira enerador giratorio. La patente estadounidense did a Gamble muestra un rotor de motor ificativos para asegurar que el apagado no se nte el uso normal del sistema. Los segmentos rconductora de baja temperatura deben ser mecánic les con el fin de impedir el movimiento del con uce a apagados de bobinas superconductoras .

Ya sea que los sistemas futuros empleen stivos o superconductores, sigue dentro la ne rar tanto la eficiencia de diseño como la confia aquinaria eléctrica. Tal desempeño mejorado es ne inaria eléctrica de todos tamaños, en los que s generación de energía eléctrica y aplicaciones des . . " BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con modalidades ejemplare nción, se provee un conjunto de conductor del lidad de hileras de bobinas con cada hilera edor del eje en una secuencia. El estator compre primeros, segundos y terceros conjuntos d ados alrededor del eje en una configuración s ntrica. Cada conjunto de bobinas incluye por lo r par de hileras de bobinas conectadas en s ros y segundos elementos del primer par configu ar campos axiales en direcciones opuestas. Las as en el primer par del primer conjunto, el do conjunto y el primer par del tercer conjunt dispuestas a una distancia diferente del eje ncía, de tal manera que un primer elemento de do conjunto de hileras de bobinas es colocado ros y segundos elementos del par del primer c as de bobinas/ La distancia entre el eje y nto del segundo par de hileras de bobinas es ' i add entre los primeros y segundos elementos d nto de hileras de bobinas, de tal manera que la el eje y el primer elemento del tercer par de as es intermedia a las distancias entre los ele do par de hileras de bobinas y el eje. En to idad, el segundo elemento del par del primer c ado entre los primeros y segundos elementos nto de hileras de bobinas, de tal manera que la el eje y el primer elemento del tercer par de as es también intermedia a las distancias ntos del primer par de hileras de bobinas y el ej En otra modalidad, cada conjunto de bobin lo menos dos pares de hileras de bobinas cone , con primeros y segundos elementos en cada uno enos dos pares de hileras de bobinas en cada gurados para generar campos axiales en d as incluye por lo menos dos pares de hileras tadas en serie, con primeros y segundos element e los por lo menos dos pares de hileras de bobin nto configurados para generar campos ax ciones opuestas. Todas las hileras de bobinas e os por lo menos dos pares de hileras de bobinas tres conjuntos de bobinas son todos dispuestos a les diferentes del eje y en una secuencia, en er elemento de por lo menos un par de bobinas d nto de hileras de bobinas es colocado entre ele er par de hileras de bobinas en el primer co as y es colocado entre elementos de un segun S de hileras de bobinas en el primer conjunto d egundo elemento del por lo menos un par de b do conjunto de hilera de bobinas es colocado do elemento del par del primer conjunto de iente alterna del tipo que genera electrici lsada por una corriente ~ eléctrica, también i tor colocado alrededor de un eje y un rotor col r alrededor del eje de rotación con respecto al tor incluye una pluralidad de hileras de bobinas, a centrada alrededor del eje en una secuencia, e tor comprende por lo menos primeros, segundos ntos de bobinas colocados alrededor del ej iguración semejante a concéntrica. Cada conjun lo menos dos pares de hileras de bobinas, con e, con primeros y segundos elementos en igurados para generar campos axiales en d stas. Todas las hileras de bobinas en cada uno s en todos los tres conjuntos de bobinas estos a distancias radiales diferentes del eje encia con por lo menos un par de bobinas de entes fases eléctricas.

En una tercera serie de modalidades, una iente alterna del tipo que genera electrici lsada por una corriente eléctrica, también i tpr colocado alrededor de un eje y un rotor col r alrededor del eje de rotación con respecto al e tor incluye una pluralidad de hileras de bobinas ra centrada alrededor del eje en una secuencia . rende una pluralidad de conjuntos de hileras cadas alrededor del eje en una configuración s éntrica. 'Cada conjunto n incluye uno o más pa ra de bobinas ¾,? y C'x,n conectadas en serie, c obinas en el estator configuradas para gener ies en direcciones opuestas para cancelar letamente los componentes de campo axial. Cada ras de bobinas Ck,n son colocadas radialmente* ha En una cuarta serie de modalidades, una iente alterna del tipo que genera electrici lsada por · una corriente eléctrica incluye u cado alrededor de un eje incluye un rotor col r alrededor del eje de rotación con respecto al e tor incluye una pluralidad de hileras de bobinas ra centrada alrededor del eje en una secuencia. rende una pluralidad de conjuntos de hileras d incluye primero, segundos y terceros conjuntos obinas, colocadas alrededor del eje en una con jante a concéntrica. Cada conjunto n incluye S, k de hilera de bobinas Ck,n y C'k,n conectadas hileras de bobinas en el estator configuradas pa (nk/2)-l hilera de bobinas una distancia mayor Cada uno de los primeros y segundos elementos primer conjunto de hileras de bobinas está conf do con: ?(?) = [?/ (2*7i)]e±Ansen(n6) Y{0)=Rcos(9) Z(0)=Rsen(6) Si la proporción del espesor del estator R 5%, entonces la inductancia mutua, de un prime ntos de hileras de bobinas puede estar dentro de tancia mutua de un segundo de los conjuntos de as. En un ejemplo, durante la operación, el c ado por el primer conjunto de hileras de bobinas que el 10% del campo transversal generado por do conjunto de hileras de bobinas. También, tener un número diferente de vueltas o una ente de avance por vuelta en una dirección paral que el otro miembro del primer par de hilera de imer conjunto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una vista en sección t a a lo largo de un eje longitudinal de un s ación eléctrica superconductor, energizado por ncorpora elementos de la invencio; La Figura 2 es una vista esquemática qu s elementos de una sección de generador en e ado en la Figura 1; La Figura 3 es una vista parcial e versal de una configuración de estator-rotor ej do con la invención; La Figura 7 es una ilustración esquemáti encia de hileras de bobinas de acuerdo con la inv La Figura 8 es una ilustración esquemátic encia de hileras de bobinas de acuerdo con una mo nvención; Las Figuras 9 y 10 son ilustraciones esquei s secuencias de hileras de bobinas de acuerdo lidades de la invención y Las Figuras 11 y 12 son gráficas que ctancias mutuas para elementos de pares de h ñas de doble hélice en un estator en relaci ción del rotor de acuerdo con la invención.

Se usan números de referencia semejantes en ras para denotar componentes semejantes. onentes son ilustrados esquemáticamente, se ent os detalles, conexiones y componentes de combinación y no obvia de componentes y so. Para no oscurecer la revelación con detalles mente evidentes para aquellos experimentados en tos componentes y etapas convencionales han sido ntados con menos detalle, en tanto que las fig ificación describen en mayor detalle otros el s pertinentes al entendimiento de la invenció siguientes modalidades no definen límites en cu ctura o método de acuerdo con la invención, ente. proveen ejemplos que incluyen elementos isivos en lugar de determinantes e ilustrativos e stivos .

Las siguientes patentes y solicitudes de S cedidas al cesionario de la presente inven rporadas en la presente por referencia: ounidense 6,921,042 (de aquí en adelante en l 0,964 "High Temperatura Superconducting Electro m With Frequency 'Controlled Commutation F ation" presentada el 29 de agosto de 2008 (d nte en la presente la patente 964); solicitud ounidense No. 12/388,306 "Helical Coil Design a Direct Fabrication From a Conductive Layer" pre e febrero de 2009 (de aquí en adelante en la p te '306) y la solicitud de · patente estadouni 70,328 "Coil Magnets With Constant or Varia ts" presentada el 21 de mayo de 2009 (de aquí e presente la patente *328) .

Términos tales como devanado, devanado h n de devanado y configuración de bobina, como se lidades físicas formadas de varios materiales c aislantes, son usados con respecto a cómo los i formados en el lugar. Esto es-, aunque es . co t 16 se revela y reivindica en la patente 306 son d ctivamente en la presente como diseños de hélice ras de bobinas de hélice directo, que, c blados en una serie de hileras de bobinas éntricamente, son denominadas como conjuntos etas .

Se pueden usar numerosas formas de con ión transversal en la construcción de las h as. El conductor puede ser un núcleo sólido o un ultihebras, puede tener una forma circular sversal, una forma cuadrada en sección transve a rectangular en sección transversal o u tivamente plano, una forma semejante a cinta. Po lambre superconductor a base de YBCO de alta t e tener un perfil semejante a cinta con una di 0 en un intervalo por ejemplo entre 2 milím En el caso, de una geometría curvilínea, la t basada en elección de un vector tangente al és . Los segmentos de conductor en las m radas incluyen tanto variedades de multihebra o sólido y son en general semejantes a fila n una dimensión longitudinal que es relativame roporción a la dimensión de espesor. La dim or para un segmento de conductor es mensurable ontorno en sección transversal, tal contorno se e al que es a lo largo de un plano transver sión de longitud, aunque el segmento puede S ctoria curva tal como una trayectoria de un cana En el contexto de la presente inven ncia de hileras de bobina esencialmente drica, enrolladas helicoidalmente (por ejemplo, ileras de bobinas que tienen ángulos de i as helicoidales de doble hélice, con iduales de tales pares que son denominados como as de doble hélice, en donde la dirección X co je principal alrededor del cual los pares de as que tienen ángulos de - inclinación opu dos, concéntricamente uno alrededor del otro, las ecuaciones 1, ecuaciones 2 o ecuaciones Üdades relativamente simples, las curvas imensionales para bobinas individuales encontrad S de hileras de bobinas de doble hélice del a en ser geometrías helicoidales regulares gen rdo con las ecuaciones 1 : 1A ?(?) = [?/ (2*p) ]e+Ansen(nG) IB Y(9) =Rcos (T) 1C Z(9)=Rsen(0) ncia radial de un eje de simetría a un punto y la abertura comprende el volumen cilindrico rma formada por el patrón helicoidal .

El término Ansen(n0), en la ecuación ?{ nente modulador en parte una inclinación p tiva a cada una de las vueltas en relación con e n proporción a la magnitud y signo del térmi do con el valor dé n, el término Ansen(n9) duce una modulación, esto es, una variación sinu vuelta de 360° de la curva alrededor del eje. forma elipsoidal es impartida a cada vue iendo los patrones de conductor de forma de d ados en la figura 1 de la patente '042 y apro ar un campo dipolar. El patrón más complejo most a 2 de la patente '328 es generado con un soidal correspondiente a n=2, este es aprop e un ángulo inclinación opuesto.

Como ya se ha explicado en la literatura iguración de dipolo, con n=l para el término Anse tas de bobina incluyen una inclinación en relaci OS ortogonales con el eje X ilustrado. Esto itado un componente significativo de flujo de co cción axial . Un campo magnético transversal iguiente generado junto con un componente de ca sversal en este contexto denota componentes éticos solamente en planos transversales al eje p argo del cual el conductor es formado. Para moda nvención, en un sistema de coordenadas cartes esponde a una bobina helicoidal de forma cilíndri tricamente alrededor del eje X, con los comp os transversales que se extienden en planos Y rporación de una segunda capa de vueltas y co as de doble hélice pueden tener valores difer amplitudes respectivas An con el fin de tomar en dencia 1/Rn_1 del campo con el fin de can nentes de campo axial .

Todavía más en general, para modalidad ción, el término hilera de bobinas como se nte significa una bobina semejante a espiral de sigue una curva espacial tridimensional genera ión 2 : 2A X(G) = [h/ (2*p) ?T+S?pee? ???+f? ) de acuerdo con los términos definidos ante la amplitud de modulación y f? es determinan al que pueden ser ensambladas a hileras d adas concéntricamente de acuerdo con las ecuac iones 2, pero con el entendimiento de siones trigonométricas o numéricas pueden ser u * ir la trayectoria de canal y la trayectoria de contenido individual o combinado de lo spondientes a uno o más valores de n son e anados como componentes de multipolo.

. El término hilera de bobinas como se u nte se refiere a una serie continua de ? ctor al asumir una forma de bobina semejante a e asado, además de ser colocados próximos entre ncía, las hileras de bobinas en pares de doble o el mismo número de vueltas, N.

Los componentes ' de campo generados iguración de devanado formada con pares de h o y se incrementa con el tamaño de la amplitud.

Como se indica, una capa individual de una hélice puede generar simultáneamente campos i versales y axiales. Como se usa en la pre rencia a un conjunto doble hélice significa un c as que comprende uno o más pares de hileras de hélice con cada miembro de un par configurado las ecuaciones 1 o ecuaciones 2 o ecuaciones 3 y largo del eje común, de tal manera que un c ado por una hilera de bobinas es colocado en una ta a la dirección de un campo axial generado p a de bobinas, de tal manera que los campos lan entre sí en todo o en parte. Como se onalmente en la presente, las direcciones ac as de bobinas de doble hélice individuales (po que comprenden conductor) pueden ser escogid cuerdo . con la ecuación 2A, los componentes de polo qué pueden ser generados con el patrón tante corresponden a los valores de n para los c es cero .

En una configuración de devanado sufic que comprende pares de hileras de bobinas e, en donde los efectos del extremo de bobina eciados, el patrón para n=l generará un campo ialmente puro que no tiene componentes de orden armente, un patrón de cuadrupolo (n=2), un polo (n=3) u otros patrones de orden aun superi s puros con el orden de multipolo definido por e ampos magnéticos de casi forma y calidad arbitra generados de acuerdo con las matemáticas anteri go, la construcción de bobinas para generar cam de multipolo superior (n>l) o campos que contie ional en espaciamiento de conductor cond rferencia entre conductores vecinos .

Todavía aún más en general, una curva imensional de un conductor en forma de hélice rado de acuerdo con la ecuación 3 : 3C Z(9)=Rf3(6) en donde fi, f2 y f], son funciones arbit en ser expresiones trigonométricas o numérica ? limitadas de esta manera. Para las m tradas, fi, f2 y f3 son como se revela para eial tridimensional de acuerdo con la ecuación 2 una sola capa o hilera de bobina de conductor. C Approach to Accelerator Magnet Design", IEEE Tr pplied Superconductivity, Vol . 13, No. 2, June 1368, que describe la analítica para una geometr ar de bobinas de doble hélice. Véase también, que revela hileras de bobinas rectas para imanes as de bobinas formadas a lo largo de ejes r s que son constantes a lo largo del eje del apropiado para incorporación a un rotor o un es eptos de la invención revelados .en la presente r a la práctica en conjunción con el diseño y c factura revelados en la patente '870 y puede t do a la práctica en conjunción con los diseños cta revelados en la patente ?306.

La Figura 2 de la patente x870 y las Figur a patente '306 ilustran elementos de fabrica truir hileras de bobinas de doble hélice para m rosos parámetros en los que se incluye la fo ión transversal clel conductor, dimensiones del c úmero de vueltas N, del conductor en la hilera d ecuentemente, para cada capa definida de un ante, por ejemplo una resina compuesta, a lo la rficie formada cilindricamente de una capa, una s l correspondiente es implementada en la misma pa onductor. A manera de ejemplo, G introducciones en ser generadas, basadas en parte en la . traye uctor ?(?) , ?(?), ?{?), para la aplicación en u NC de un perfil de canal . apropiado y trayectori l material compuesto. El herramental puede ser tal precisión que la colocación de segmentos de formar cada hilera de bobinas en cada capa compu olocación de todos los segmentos con precisión asegurar que los campos generados de la comb ial aislante en el cual una hilera de bobinas fine una trayectoria para el conductor sin depe n conductor provisto en la hilera de bobinas s se muestra en las modalidades ilustradas, es aho izar más plenamente patrones de devanado más óp diseños más eficientes de máquinas eléct rometer la conflabilidad, por ejemplo, al separar ras de bobinas con capas aislantes y prede ones de conexión con canales formados en antes. Esto es particularmente ventajoso para c radizos tales como superconductores de cerámic eratura debido a la colocación de tal material, p puede asegurar la estabilidad.

La formación de canales para colocar el ee la posición precisa y estabilización del co o que también aisla porciones del conductor ngulares, permitiendo la optimización de la d iente en relación con el volumen de bobina, itado así campos más altos con menos longitud de Para minimizar la deformación sobre el con e forma de sección transversal rectangular, lo en ser formados a un ángulo variable con respect ral de superficie de referencia. En tales modal ? resultante diferirá de aquel que es generad ctor convencional de forma de sección t lar, en parte debido a que un canal para un co a circular no seguirá la misma trayectoria como acomoda un conductor de forma rectangular. lidades/ canales con formas de sección t angular pueden ser formados en una orientación n ante con respecto a la superficie de capa, lidades, el conductor puede ser conformado a la t ida en los canales para obtener la posición ópti toda la trayectoria del conductor. De ac idades de la invención, esto es de particular i generar diseños óptimos de máquinas que gener tivos . La obtención de la colocación teórica ad de campo óptima en términos de los órdenes de dos con remoción de errores sistemáticos y prop nsación por la dependencia radial de los campos as de bobinas tienen distancias diferentes del es, el diseño, del canal puede minimizar suficien ducción de errores "aleatorios" en hileras de iten la implementación de valores de parámetros ejemplo h, An, al colocar los conductores sufic nos a las posiciones teóricamente correctas . dimiento, devanados de estator de multifase p ados con hileras de bobinas para crear un a e hélice en un estator, de tal manera que ético resultante de los conjuntos de pares d iadas con cada fase puede ser de un valor simila rededor del rotor. Al incorporar este eleme tor de un generador, el voltaje y amplitudes de e diferentes fases se pueden volver más uniforme Una necesidad es también reconocida para do de segundo orden para ajustar adicional rentes distancias radiales a las cuales los as asociadas con diferentes fases son colo rdo con el método de segundo orden, el diseño de iduales de pares de hileras de bobinas en el est . ajustado para proveer - intensidades de campo ético más uniformes en y alrededor del roto untos de pares de bobinas que están asociados co rente de un devanado de estator de multifase. Al tados por la precisión de los centros de rnos .

La estabilización de conductores de h as en canales también impide el movimiento del uede ser provocado por cambios en temperatura y ntz. Para un estator superconductor, la pro les permite la formación de imanes más confi en uniformidad optimizada en flujo magnético entr ras de bobinas asociadas con fases diferentes. Ex modalidades de doble hélice directas, sin pro les para asegurar los conductores en las h ñas, los conductores en los diseños de superco temperatura son más propensos a resbalarse y gado" en el imán, . esto conduce potencialmen rucción catastrófica del imán.

Para imanes superconductores, canales maq tricos potenciales entre vueltas tanto para c ados y para ciertos conductores no aislados. Tam escribe en la patente '870 y la patente '306, l en ser definidos alrededor de las hileras de bo eer trayectorias de enfriamiento alrededor del tes de enfriamiento apropiadas incluyen nitrógen ógeno líquido y gaseoso, neón líquido y gaseo ido y gaseoso y en el caso de hileras de bobinas aplicaciones resistivas, agua.

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un ración eléctrica energizado por el viento com rconductor 10 que incorpora hileras de bobinas ee en un estator de tres fases y en un rotor aso ión de turbina 12 de sistema incluye un conjunto to 16, conectados vía un árbol 20, mont nientos 22, por medio de un tubo de momento de ra adicioiialmente la sección de generador 26. enerador está diseñada para operación a una ve de aproximadamente 10 revoluciones por minuto, ipios de diseño descritos en conjunción con el aplicables a sistemas de máquina rotativa elé revoluciones por minuto también. La sección de n sistema electromecánico que incorpora elemen ción. La sección de generador 26 también incluye nentes convencionales que están omitidos por cia escripción que se enfoca en elementos más relev eer un encendimiento de la invención. El rotor 5 do sobre rodamientos 22, opera con un exci illas 60.

Una modalidad ejemplar de la combinación d de la sección de generador es mostrada adicion istas en sección transversal de la Figura 3 y Fi to de torsión 24 para un movimiento rotac cto al estator 64 colocado alrededor del i aje de hierro de refuerzo 66 es mostrado edor del estator 64 . El rotor 54 y el estator 64 os de doble hélice directo, pero en otras modal puede operar como un devanado resistivo.

Cuando el estator configurado como un diseñ ce de tres fases, todas las hileras de bobinas n diseño de multipolo trenzado como se descr te x 328 . A manera de ejemplo, las hileras d en cada una seguir una curva de espacio diferente eje X de acuerdo con una transformación de fase t ibe por las ecuaciones 2 en la presente en combi ecuaciones 5 de la patente ' 328 , en donde An=0 valores de n excepto n=2 , para generar un campo tras modalidades, las hileras de bobinas del esta tor Y Cl' rotor ) / ( C2rot0r Y C 2 ' rotor ) «· (C¾:otor Y ???' roto de tales pares son mostrados en las Figura idades descritas en otras figuras ilustran ente de hileras de bobinas de rotor que está tadas en serie. Además de la modalidad del es estatores apropiados para la operación del s ién como en otras sistemas de máquina rotativa enden dos o más "de tres conjuntos de devanados cada conjunto que incluye uno o múltiples pares obina de doble hélice. Por propósitos de almente elementos de la invención, pares indiv as de bobinas A, ?' , B, B' , C, C son. máticamente en la vista simplificada de un es ado en la Figura 5 , que pueden ser intercambia or 64 de las Figuras, 1 , 2 y 3 . El estator 6 de hileras de bobinas formadas concéntricamente ador que tienen la misma o casi la misma tor orden de multipolo. Cada hilera de bobinas i lidad de bucles abiertos interconectados 71 co el número de vueltas N, en la hilera de bobinas. plo la hilera de bobinas de cuadrupolo trenzada e Figuras 6 que ilustra un patrón helicoidal de zado para una hilera de bobinas. La hilera de bob Figura 6 sigue un patrón de cuadrupolo qu luciones a lo largo de los bucles 71 en lugar de titivos. La hilera de bobinas 70 es mostrada qu es conductores 71, pero el número de vueltas N pu eños de diez a cientos o miles o más vueltas depe licación.

Refiriéndose otra vez a la vista e sversal de la Figura 5, el estator 64', configura tor trifásico, tiene tres conjuntos de bobinas rador 26, cada par de hileras de bobinas 72, 74 y conectadas independientemente a una fuente d rente, con energía introducida a cada par est de fase con respecto a las otras dos fuentes.

Debido a que las hileras* de bobinas de los 64' son colocadas concéntricamente una sobre o magnético generado por cada hilera de resivamente además del campo de rotor como func ancia de la hilera de bobinas del rotor o el eje fin de que cada fase proporcione una posici alente del campo magnético resultante experiment r, los elementos individuales de cada par de h rados colocados en una secuencia, de tal mane ancia promedio en cada uno de los . dos elementos e rotor (o la distancia promedio entre cada uno entos en cada par y el eje) es la misma. De a almente hacia adentro y hacia afuera con respect S otro par. Por ejemplo, la bobina B' es almente hacia adentro con respecto al par de bob obina B es colocada radialmente hacia afuera co ar de bobinas CC . Más en general, un estator de e comprender muchos múltiplos de los tres pares ileras de bobinas (?,?'), (?,?') y (C,C) con m S colocados radialmente hacia adentro y radialm ra con respecto a uno o más de otros pares . Las a de doble hélice pueden estar configuradas en conjuntos de bobinas (por ejemplo, para pr iguración de seis fases o una configuración de 1 en ser conectadas para proveer dos o más pares ce de hileras de bobinas en cada conjunto de bobi En la configuración de la Figura 5, la rales radiales de cada uno de los tres conjuntos distancias promedio todas coinciden con una po central común RC/ permitiendo inductancias mu tres pares de hileras de bobinas que sean aprox ies. La distancia Rc es ilustrada en la Figura r que se extiende desde el eje (X=0) a un p e las hileras de bobinas C y C . Múltiples ej S patrones de hileras de bobinas son eméticamente en las Figuras 7, 9 y 10 sin ilust (X=0) . Los pares ilustrados de hileras de bobi línea central común Rc (esto es, la misma edio del eje entre miembros en el mismo par) . E cuerdo con numerosas modalidades de la inve ancia promedio de elementos en cada par del eje c a distancia Rc del eje común. Esto es para comp isposición mostrada en la Figura 8, en donde lo as están en la secuencia A, B, C, ?' , B' , C , En general, inductancias mutuas substa les se pueden tener entre múltiples conjuntos d e las distancias radiales de cada hilera de ión con el eje común o el rotor en general difer leva a cabo al colocar cada par de bobinas de do al manera que el promedio de las distancia entos de cada par de bobinas en cada conjunto d elación con el eje común, es la misma. AÍ p edio igual de estas distancias radiales Rc y al Spaciamiento entre todas hileras de bobinas, se p ismo valor máximo de inductancia mutua para cada s de bobinas de las hileras de bobinas 72, 74 y lidad de la Figura 5, las hileras de bobinas t inadas como conjuntos de bobinas 72, 74 y ositos de ilustración, la separación radial ent obinas en la secuencia A, B, C, C, ?', A' de l as; el mismo valor máximo de inductancia mu ntos de bobinas que tienen fases diferentes se p cada uno de los conjuntos de bobinas 72, 74 y 76.

Para el sistema 10 y otras modalidades de m ente alterna que tienen un estator y un roto or que comprende una pluralidad de conjuntos de as colocadas alrededor del eje en una con ante a concéntrica, cada conjunto n de hileras ye uno o más pares, k, de hileras de bobinas C tadas en serie y bobinas en el estator pue guradas para generar campos axiales en d tas para cancelar parcial o completamente comp axiales. Cada una de las bobinas Ck,n pue adas radialmente hacia afuera desde el eje una con cada una de las bobinas C'k,n colocadas r afuera del eje una distancia R'k,n. Colectiva ir muchos pares más pares de doble hélice de as que los ilustrados en las figuras. Con refere as 9 y 10 , otras modalidades de la invención diseños de estator apropiados para la s ador 126, que comprende un número arbitrariame ileras de bobinas de doble hélice Cirotor y. Ci'r , también como n pares de hileras de bobinas e en cada uno de los conjuntos de bobinas. En Figura 10, las hileras de bobinas de diferentes obinas Ai, Ai' , Bi, Bi' y Ci, Ci ' están en la se .Aj , Bi . . . ... Bi . . . - ' . En el ejemplo de la Figura 9, las hileras de entes conjuntos de bobinas Ai, Ai' Bi, Bi' y C iares de una secuencia más general: Ai, Al' ... . . . B , Bi , Ci , Ci '. . . . Cn, Cn ' Bj Bj ' . . . Bn Bn ' An ncia, como se muestra en la Figura 11, ilustra as inductancias mutuas para pares de hileras de e, hélice (por -ejemplo, AÍ7 Ai', Bi, Bi' y Ci, C0') ancial o idénticamente . igual (por ejemplo, imadamente dos por ciento) de par a par de acue encia de la Figura 10. Similarmente, la Figura la suma de las inductancias mutuas para pares de as de doble hélice de acuerdo con todavía otr Bl, Cl, Cl', Bl', Al', B2, C2 , C2 ' , B2 ' , A2 ' ) ancial o idénticamente igual (por ejemplo, imadamente 0.5 por ciento).

En general, de acuerdo con modalidade nción, las . disposiciones descritas anteriorm iples hileras de bobinas de estator y rotor pu iguradas para igualar la inductancia mutua, artir flujo entre las bobinas de rotor y estator. obina. En el caso del sistema 10, la habilidad rmidad de alto campo minimiza la distorsión a je" de salida. Con las armónicas indeseabl izadas, la vibración y esfuerzos inducidos por también reducidos . La manufactura de las hileras oble hélice con procesos de la patente x870 y también permite la fabricación de un devanado nuo en una capa para crear cualquier número de a los valores escogidos de n.

En estatores que incorporan pares de bobina e frecuentemente será preferido que los c ies de la densidad de flujo magnético sean- süs letamente cancelados. Esto se puede efectuar tar el número de vueltas (N) o la amplitud de r en las hileras de bobinas individuales que f hélice. Al ajustar la magnitud del componente o de capas, n, ylo de la amplitud de modul o a la variación de campo no lineal en dirección En máquinas eléctricas, a medida que el es os devanados del estator se incrementa en própo sión radial total de la máquina, las inductanc encían los mismos parámetros que de otr larían el flujo axial. El campo axial presente tancias mutuas están perfectamente equilibradas poco ciento del campo transversal. Alternativa iseño que cancela completamente los campos ax uilibrio *en inductancias mutuas entre los ados del estator puede resultar, por ejemplo, de oco por ciento. Este efecto puede ser problemát stator es conectado a la energía de alimentación nergía. Para minimizar este efecto, se puede ef ización para minimizar simultáneamente el desequ A manera de ejemplo, el equilibrio tancias mutuas y auto-inductancias junto lación de campo axial, con error mínimo, se pue inimizar una función objetivo compuesta en u ientes formas .

• Cuando se varía el número de vueltas N: ndo se varía la amplitud de modulación An: ndo se varía el avance de vuelta h en donde: Ni es el número de vueltas para la capa i ado del rotor Mref es la inductancia mutua deseada Baxiai,i,x es el componente axial de la de generado por el par de doble hélice de ca ión x de la región de campo bueno.

N es un número de pares de capas L es la longitud de región de campo bueno a es un parámetro de regularizacion Ri es la ubicación radial de la bobina i co e común Ri- es la ubicación radial de .la bobina i co je común.

En tanto que la invención ha sido des encia a modalidades particulares , se compre ilos experimentados en el arte que se pueden ha ios y equivalentes se pueden sustituir por elemen

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Una máquina de corriente alterna del a electricidad o es impulsada por una corriente terizada porque comprende: un estator colocado alrededor de un eje; y un rotor colocado para girar alrededor d ión con respecto al estator, el estator in lidad de hileras de bobinas, cada hilera edor el eje en una secuencia, en. donde: el estator comprende por lo menos primeros, rceros conjuntos de bobinas colocadas alrededor configuración semejante a concéntrica, cada ye por lo menos un primer par de hileras d tadas en serie, con primeros y segundos elem r par configurados para generar campos a ción opuestas, en donde las hileras de bobi Íleras de bobinas y el eje. 2. La máquina de conformidad con la reivind terizado porque . un primer elemento del par d nto es colocado entre los primeros y segundos rimer conjunto de hileras de bobinas, de tal man ncia entre el eje y el primer elemento del ter ras de bobinas es también intermedia a las distan elementos del primer par de hileras de bobinas y 3. La máquina de conformidad con la reivind eterizada porque el primer elemento del par d nto es también colocado entre los primeros y entos del segundo conjunto de hileras de bobina r que la distancia entre el eje y el primer el er par de hileras de bobinas es intermedia ancias entre los elementos del segundo par de as y el eje. nto es colocado entre los primeros y segundos tercer conjunto de hileras de bobinas, de tal man ncia entre el eje y el primer elemento del ter as de bobinas es también intermedia a las distan lementos del primer par de hileras de bobinas y 6. La máquina de conformidad con la reivind terizada porque el segundo elemento del par d nto es colocado entre el segundo elemento d nto de hileras de bobinas y el segundo elemento nto de- hileras de bobinas. 7. La máquina de conformidad con la reivind cterizada porque el segundo elemento del par d nto es colocado entre el primer elemento d nto de hileras de bobinas y el segundo elemento nto de hileras de bobinas. 8. La máquina de conformidad con la reivind un elemento de por lo menos un par de bobinas d nto de hileras de bobinas es colocado entre dos par de hileras de bobinas del primer conjunto d 9. La máquina de conformidad con la reivind terizada porque: cada conjunto de bobinas incluye por lo de hileras de bobinas conectadas en serie, con dos elementos en cada uno de los por lo menos do as de bobinas en cada conjunto configurados pa s axiales en direcciones opuestas, y todas las hileras de bobinas en cada uno enos dos pares de hileras de bobinas en todos ntos de bobinas son todos dispuestos a distancia entes del eje y en una secuencia-, en donde ento de por lo menos un par de bobinas del segund ileras de bobinas es colocado entre elementos 11. La máquina de' conformidad con la reiv aracterizada porque está configurada como un el estator comprende solamente tres conjuntos adas alrededor del eje, con uno girado alrededo respecto a los otros , de tal manera que con la corriente a través de cada una de las bobinas, un campo magnético giratorio. 12. La máquina de conformidad con la reiv aracterizada porque está configurada como un s ación eléctrico energizado por el viento com conductor en donde el estator es colocado alr . 13. La máquina de conformidad con la reiv aracterizada porque los primeros y segundos ele del tercer conjunto de hileras de bobinas son los primeros y segundos elementos del segundo c ión con respecto al estator, el estator in lidad de hileras de bobinas, cada hilera edor del e e en una secuencia, en donde: el estator comprende por lo menos primeros, ceros conjuntos de bobinas colocadas alrededor configuración semejante a concéntrica, cada ye por lo menos dos pares de hileras de bobinas erie, con primeros y segundos elementos (en gurado para generar campos axiales en d tas, en donde todas las hileras de bobinas en c os pares en todos los tres conjuntos de bobinas estos a distancias radiales diferentes del e ncia, en donde por lo menos un par de bobinas d nto de hileras de bobinas es colocado entre entes de hileras de bobinas en el primer co as . un estator colocado alrededor de un eje; y un rotor colocado para girar alrededor d ión con respecto al estator, el estator in lidad de hileras de bobinas, con cada hilera edor del eje en una secuencia, en donde: el estator comprende una pluralidad de co ras de bobinas colocadas alrededor el eje iguración semejante a concéntrica, cada conjunto 0 más pares, k, de hileras de bobinas Ck,n Y C'k,n erie,- con hileras de bobinas en el estator co generar campos axiales en direcciones opue elar parcial o completamente componentes de campo e las hileras de bobinas Ck,n son cada una almente hacia afuera del eje una distancia Rk,r l obinas C'k,n son cada una colocadas radialmente ha eje una distancia R'k,n y, colectivamente, la se stator están configuradas para ser superconducto 18. La máquina de conformidad con la reiv caracterizada porque el. conjunto de hileras d del estator como del rotor están configuradas conductoras . 19. La máquina de conformidad con la reiv caracterizada porque incluye además una turbina d igurada para generar energía eléctrica. 20. Una máquina de corriente alterna del ra electricidad o es impulsada por una corriente cterizada porque comprende: un estator colocado alrededor de un eje; y un rotor colocado para girar alrededor d ción con respecto al estator, el estator in alidad de hileras de bobinas, con cada hilera dedor del eje en una secuencia, en donde: colocadas radialmente hacia afuera desde el ancia Rk,n/ cada una de las hileras de bobinas cadas radialmente hacia afuera del eje una distan ctivamente, la secuencia de hileras de bob cterizada por una posición central una distancia con por lo menos (nk/2) - 1 hileras . de bo ancia menor que Rc del eje y (ii) con por lo meno leras de bobinas una distancia mayor que Rc del ej cada µ?? de los primeros y segundos eleme del primer conjunto de hileras de bobinas está c cuerdo con: · o ?(?) = [?/(2*p).]? ± Asen(ne) . ?{?) = Reos (?) la proporción del espesor del estator Rc es or ciento; y de un primero de los conjuntos de hileras de bo o de 0.5 por ciento de la inductancia mutua de s conjuntos de hileras de bobinas. 22. La máquina de conformidad con la reiv caracterizada porque un primer elemento C2,n o C de hileras de bobinas en el segundo conjunto, e a secuencia entre los elementos Ci,n y C'i,n de as de bobinas en el primer conjunto. 23. La máquina de conformidad con la reiv caracterizada porque un primer elemento' Ci,n o r par de hileras de bobinas en el primer co ado en la secuencia entre los elementos C3,n y e hileras de bobinas en el tercer conjunto. * 24. La máquina de conformidad con la reiv caracterizada porque dentro del primer conjunto obinas, el primer elemento Ci,n o C'i,n del prim